CN110740276B - 减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法、差分电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法、差分电路，减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法包括：输入斜坡信号耦合至输入管的栅极；所述输入管的漏极会产生对应于所述输入斜坡信号的第二输入斜坡信号，所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号存在串扰；提供与第二输入斜坡信号相反的第三输入斜坡信号；所述第三输入斜坡信号通过一补偿电容耦合至输入斜坡信号，全部或部分抵消所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号的串扰，从而提高图像传感器中输入斜坡信号的质量。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法、差分电路。
背景技术
图像传感器是数字摄像头的重要组成部分，是一种将光学图像转换成电学信号的设备，它被广泛地应用在数码相机、移动终端、便携式电子装置和其他电子光学设备中。图像传感器按照元件的不同，可分为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal oxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体元件）图像传感器两大类。CCD图像传感器除了大规模应用于数码相机外，还广泛应用于摄像机、扫描仪、以及工业领域等。而CMOS图像传感器由于其高度集成化、低功率损耗和局部像素可编程随即读取、速度快、成本低等优点，可适用于数码相机、PC摄像机、移动通信产品等领域。
CMOS图像传感器的像素依次产生复位电压和信号电压，在进行像素操作时首先将像素的感光单元复位，并将复位电压读出，然后开始对感光单元进行曝光，光电流会对感光单元进行放电，一段时间之后，感光单元会被放电到一个信号电压，信号电压与复位电压的差值代表了光信号的强度。CMOS图像传感器的列信号处理模块主要由比较器、计数器和存储单元构成。斜坡信号与复位电压或信号电压连接到列信号处理模块，在斜坡信号开始下降时计数器开始计数，当复位电压或信号电压与斜坡信号大小相等时，输出端信号会发生翻转，系统将信号翻转时对应的计数器读数记录在存储器中，即可以完成复位电压和信号电压的模数转换，后续通过数字信号处理的方法得到二者的差值，从而完成像素曝光强度的模数转换。
由于电路中存在寄生电容，信号会经由寄生电容耦合到斜坡信号上，降低模数转换的精度，进而体现到输出数据上，影响图像的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法，解决现有技术中寄生电容对成像质量的影响。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法：
输入斜坡信号耦合至输入管的栅极；所述输入管的漏极会产生对应于所述输入斜坡信号的第二输入斜坡信号，所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号存在串扰；
提供与第二输入斜坡信号相反的第三输入斜坡信号；所述第三输入斜坡信号通过一补偿电容耦合至输入斜坡信号，全部或部分抵消所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号的串扰，从而提高图像传感器中输入斜坡信号的质量。
可选的，像素信号耦合至第二输入管的栅极，所述补偿电容的一端耦合至所述第二输入管的漏极。
可选的，输入斜坡信号与像素信号为差分电路的两个输入信号。
可选的，所述输入斜坡信号通过一隔直电容耦合至输入管的栅极；所述补偿电容的一端耦合至输入斜坡信号，或者耦合至经过所述隔直电容后的输入斜坡信号。
可选的，所述输入管的漏极与栅极之间具有寄生电容，所述第二输入斜坡信号通过所述寄生电容耦合至输入斜坡信号。
可选的，所述输入管栅极、漏极之间电压差与寄生电容的乘积等于第二输入管漏极、输入管栅极之间电压差与补偿电容的乘积，使得所述第三输入斜坡信号全部抵消所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号的串扰。
可选的，所述第三输入斜坡信号与所述第二输入斜坡信号相位相反。
相应的，本发明还提供一种应用于图像传感器的差分电路，包括：
输入管，输入斜坡信号耦合至输入管的栅极；所述输入管的漏极会产生对应于所述输入斜坡信号的第二输入斜坡信号，所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号存在串扰；
第二输入管，像素信号耦合至第二输入管的栅极；
第三输入斜坡信号，所述第三输入斜坡信号通过一补偿电容耦合至输入斜坡信号；所述补偿电容连的一端耦合至第二输入管的漏极。
可选的，所述输入斜坡信号通过一隔直电容耦合至输入管的栅极；所述补偿电容的一端耦合至输入斜坡信号，或者耦合至经过所述隔直电容后的输入斜坡信号。
相对于现有技术，本发明的减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法、差分电路具有以下有益效果：
本发明中，输入管的漏极会产生对应于输入斜坡信号的第二输入斜坡信号，第三输入斜坡信号与第二输入斜坡信号相反，所述第三输入斜坡信号通过补偿电容耦合至输入斜坡信号，能够全部或部分抵消所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号的串扰，从而提高图像传感器中输入斜坡信号的质量。
附图说明
图1为本发明一实施例中差分电路的示意图；
图2为本发明另一实施例中差分电路的示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，以下结合附图对本发明的减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法进行详细描述。
参考图1所示，差分电路包括输入管M1、第二输入管M2，输入斜坡信号Ramp耦合至输入管M1的栅极（A点），像素信号PXD耦合至第二输入管M2的栅极，输入斜坡信号Ramp与像素信号PXD为差分电路的两个输入信号，第二输入管M2的漏极为差分电路的输出端（E点），并会产生第三输入斜坡信号。为便于描述，下文中将输入管M1以第一输入管M1替代，将输入斜坡信号Ramp以第一输入斜坡信号Ramp替代。
所述第一输入管M1的漏极（D点）会产生对应于所述第一输入斜坡信号Ramp的第二输入斜坡信号，所述第二输入斜坡信号对第一输入斜坡信号Ramp存在串扰。其中，所述第一输入管M1的漏极与栅极之间具有寄生电容CL，所述第二输入斜坡信号通过所述寄生电容CL耦合至第一输入斜坡信号Ramp。
本发明中，提供与第二输入斜坡信号相反的第三输入斜坡信号，所述第三输入斜坡信号通过一补偿电容CR耦合至第一输入斜坡信号Ramp，全部或部分抵消所述第二输入斜坡信号对第一输入斜坡信号Ramp的串扰，从而提高图像传感器中第一输入斜坡信号Ramp的质量。其中，所述第三输入斜坡信号与所述第二输入斜坡信号相位相反。
所述补偿电容CR的一端耦合至所述第二输入管M2的漏极。所述补偿电容CR的一端耦合至第一输入斜坡信号Ramp，如图1中所示，补偿电容CR连接于A点、E点之间。
进一步的，所述差分电路还包括晶体管M3、晶体管M4、晶体管M0。晶体管M3的栅极、漏极以及晶体管M4的栅极相连并连接第一输入管M1的漏极，晶体管M3、晶体管M4的源极连接工作电压VDD，晶体管M4的漏极连接第二输入管M2的漏极，晶体管M3、晶体管M4.形成电流镜。第一输入管M1的源极，第二输入管M2的源极相连并连接晶体管M0的漏极，晶体管M0的栅极连接电源Vb，源极接地。
具体的，差分电路工作过程中，假定各晶体管均工作在饱和区，当第一输入斜坡信号Ramp增大时，第一输入管M1的电流 随之增大，M3晶体管的电流也同时增大，由于M3晶体管的电流，第一输入管M1的漏极电压下降。晶体管M3和晶体管M4形成电流镜，在电流镜的作用下，晶体管M4的电流也随之增大，由于晶体管M0的漏极电流大小由栅极电压决定，并保持不变，从而第二输入管M2的电流减小。晶体管M4的电流大于第二输入管M2的电流，向输出端E点充电，输出端电压上升。
同理，差分电路工作过程中，假定各晶体管均工作在饱和区，当第一输入斜坡信号Ramp减小时，第一输入管M1的电流 随之减小，M3晶体管的电流也同时减小，由于M3晶体管的电流，第一输入管M1的漏极电压上升。晶体管M3和晶体管M4形成电流镜，在电流镜的作用下，晶体管M4的电流也随之减小，由于晶体管M0的漏极电流大小由栅极电压决定，并保持不变，从而第二输入管M2的电流增大。晶体管M4的电流小于第二输入管M2的电流，输出端E点放电，输出端电压下降。
上述可知，当第一输入斜坡信号Ramp的变化时，输入管漏极D、输出端E两点的电压变化方向是相反的，通过在第一输入管M1栅极A点与输出端E点间接入适当大小的补偿电容，可以全部或部分抵消掉第一输入管M1漏极电压对正相输入端栅极电压的耦合作用。
进一步的，所述第一输入管M1栅极、漏极之间电压差与寄生电容CL的乘积等于第二输入管M2漏极、第一输入管M1栅极之间电压差与补偿电容CR的乘积，使得所述第三输入斜坡信号全部抵消所述第二输入斜坡信号对第一输入斜坡信号Ramp的串扰，即当补偿电容的值满足 时，可以完全抵消掉第一输入管M1漏极电压对第一输入管M1栅极电压的耦合作用。与上的信号产生的耦合电流大小相等，方向相反，在第一输入管M1栅极A点处完全抵消。
此外，本发明的第一输入斜坡信号Ramp通过隔直电容C1连接第一输入管M1的栅极，像素信号PXD通过隔直电容C2连接第二输入管M2的栅极。图1中所述补偿电容CL的一端耦合至经过所述隔直电容C1后的第一输入斜坡信号Ramp，与图1中不同的是所述补偿电容CL的一端耦合至第一输入斜坡信号Ramp，参考图2中所示，补偿电容CR连接于A’点、E点之间。由于隔直电容C1的作用为抑制直流信号，导通变化的小信号，从而可以导通来自输出端E点的电流。因此，补偿电容CR接入在输出端E点和A’点之间与接入在输出端E点和A点之间等效。
相应的，参考图1所示，本发明还提供一种应用于图像传感器的差分电路，包括：
输入管M1（文中所述的第一输入管M1），输入斜坡信号Ramp（文中所述的第一输入斜坡信号Ramp）耦合至输入管M1的栅极；所述输入管M1的漏极会产生对应于所述输入斜坡信号Ramp的第二输入斜坡信号，所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号Ramp存在串扰；
第二输入管M2，像素信号PXD耦合至第二输入管M2的栅极；
第三输入斜坡信号，所述第三输入斜坡信号通过一补偿电容CR耦合至输入斜坡信号Ramp；所述补偿电容C1的一端耦合至第二输入管M2的漏极。
所述输入斜坡信号Ramp通过一隔直电容C1耦合至输入管M1的栅极，其中，所述补偿电容CR的一端耦合至经过所述隔直电容C1后的输入斜坡信号Ramp，或者耦合至输入斜坡信号Ramp，参考图2所示。
综上所述，本发明减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法中，输入管的漏极会产生对应于输入斜坡信号的第二输入斜坡信号，第三输入斜坡信号与第二输入斜坡信号相反，所述第三输入斜坡信号通过补偿电容耦合至输入斜坡信号，能够全部或部分抵消所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号的串扰，从而提高图像传感器中输入斜坡信号的质量。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法，其特征在于：
输入斜坡信号耦合至输入管的栅极；所述输入管的漏极会产生对应于所述输入斜坡信号的第二输入斜坡信号，所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号存在串扰；
提供与第二输入斜坡信号相反的第三输入斜坡信号；所述第三输入斜坡信号通过一补偿电容耦合至输入斜坡信号，至少部分抵消所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号的串扰，从而提高图像传感器中输入斜坡信号的质量。
2.根据权利要求1所述的减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法，其特征在于，像素信号耦合至第二输入管的栅极，所述补偿电容的一端耦合至所述第二输入管的漏极。
3.根据权利要求2所述的减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法，其特征在于，输入斜坡信号与像素信号为差分电路的两个输入信号。
4.根据权利要求1所述的减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法，其特征在于，所述输入斜坡信号通过一隔直电容耦合至输入管的栅极；所述补偿电容的一端耦合至输入斜坡信号，或者耦合至经过所述隔直电容后的输入斜坡信号。
5.根据权利要求1所述的减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法，其特征在于，所述输入管的漏极与栅极之间具有寄生电容，所述第二输入斜坡信号通过所述寄生电容耦合至输入斜坡信号。
6.根据权利要求5所述的减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法，其特征在于，所述输入管栅极、漏极之间电压差与寄生电容的乘积等于第二输入管漏极、输入管栅极之间电压差与补偿电容的乘积，使得所述第三输入斜坡信号全部抵消所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号的串扰。
7.根据权利要求1所述的减少图像传感器中输入斜坡信号串扰的方法，其特征在于，所述第三输入斜坡信号与所述第二输入斜坡信号相位相反。
8.一种应用于图像传感器的差分电路，其特征在于，包括：
输入管，输入斜坡信号耦合至输入管的栅极；所述输入管的漏极会产生对应于所述输入斜坡信号的第二输入斜坡信号，所述第二输入斜坡信号对输入斜坡信号存在串扰；
第二输入管，像素信号耦合至第二输入管的栅极；
第三输入斜坡信号，所述第三输入斜坡信号通过一补偿电容耦合至输入斜坡信号；所述补偿电容的一端耦合至第二输入管的漏极。
9.根据权利要求8所述的应用于图像传感器的差分电路，其特征在于，所述输入斜坡信号通过一隔直电容耦合至输入管的栅极；所述补偿电容的一端耦合至输入斜坡信号，或者耦合至经过所述隔直电容后的输入斜坡信号。
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